Ciclo Rankine: cos’è? A cosa serve? Chi lo ha ideato?

Posted by: | Posted on: Dicembre 6, 2022

Il ciclo Rankine è un motore termico che utilizza il principio del ciclo di Carnot, un processo utilizzato per estrarre energia termica da un fluido di lavoro, come il vapore o l’acqua, ad alte temperature (quando il fluido di lavoro è caldo) e poi utilizzare questa energia per compiere un lavoro utile a temperature più basse.

Il nome “Rankine” deriva da William John Macquorn Rankine, un ingegnere inglese che propose la prima versione del ciclo nel 1828. Fu migliorato dall’ingegnere scozzese John Scott Russell nel 1859 e da molti altri ingegneri negli anni successivi, fino a raggiungere la forma moderna. Oggi il ciclo Rankine ha molte applicazioni che vanno dai sistemi di riscaldamento residenziali ai processi industriali come la generazione di energia e la produzione di pasta e carta.

Storia del ciclo Rankine

Il ciclo Rankine è un tipo di ciclo termochimico che produce lavoro meccanico facendo passare un gas caldo (o una miscela di gas) attraverso un motore termico che crea ulteriore lavoro utile. Il ciclo ha origine dal lavoro dell’ingegnere scozzese John Scott Russell, che propose la prima versione del motore nel 1828.

Il ciclo fu migliorato dall’ingegnere scozzese William John Macquorn Rankine nel 1859 e, indipendentemente, dal francese Jean Baptiste Frederic Renault nel 1862. Sia Rankine che Renault stavano cercando di trovare un modo per utilizzare l’energia termica del vapore per azionare un generatore; il ciclo che scoprirono fu poi chiamato ciclo Rankine, dal nome del suo scopritore.

Come funziona il ciclo Rankine?

Il ciclo Rankine funziona facendo passare un fluido di lavoro (come il vapore caldo o l’acqua) attraverso un motore termico che estrae energia termica dal fluido di lavoro ad alte temperature e la utilizza per compiere un lavoro utile a temperature più basse.

I cicli termochimici, come il ciclo Rankine, sono un tipo di motore termico che preleva energia termica da un fluido di lavoro ad alte temperature (quando il fluido è caldo) e poi utilizza questa energia per compiere un lavoro utile a temperature più basse.

Vantaggi

Il ciclo Rankine presenta diversi vantaggi rispetto ad altri tipi di motori termici. Innanzitutto, può funzionare a quasi tutte le pressioni (a partire da 0,01 atmosfere, o 10 millimetri di mercurio), questo lo rende adatto ad applicazioni in cui si utilizza aria compressa, come ad esempio nell’industria mineraria.

In secondo luogo, può utilizzare qualsiasi fluido come fluido di lavoro, compreso il calore di scarto dei processi industriali. In terzo luogo, può estrarre una grande quantità di energia dal fluido di lavoro senza produrre emissioni nocive.

Svantaggi

Il ciclo Rankine presenta diversi svantaggi, in primo luogo è efficiente solo quando il fluido di lavoro è caldo, il che significa che ha solo un piccolo potenziale di applicazione: i motori termici sono principalmente utilizzati per produrre elettricità e/o far funzionare i macchinari.

In secondo luogo, il ciclo Rankine è efficiente solo quando i fluidi di lavoro sono piuttosto caldi; ciò significa che il ciclo non è adatto all’estrazione di energia termica a bassa temperatura, come quella prodotta dalla luce solare. Infine, il ciclo Rankine è piuttosto costoso da costruire e mantenere, poiché utilizza grandi quantità di motori termici ad alta temperatura e materiali costosi, compresi metalli e leghe costose per le superfici di trasferimento del calore.





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